毛细管电泳展望
[color=#000000][b][font=宋体]一、[/font][font=Times New Roman] [/font][/b][b][font=宋体]毛细管电泳的兴起与发展[/font][/b][/color]/V0C)e/g(^D+M1L[color=#000000][font=宋体]毛细管电泳[/font][font=Times New Roman](capillary electrophoresis, CE)[/font][font=宋体],又称高效毛细管电泳[/font][font=Times New Roman](HPCE)[/font][font=宋体]是近年来发展最快的分析化学研究领域之一.[/font][font=Times New Roman]1981[/font][font=宋体]年[/font][font=Times New Roman]Jorgenson[/font][font=宋体]等[/font][font=Times New Roman][1][/font][font=宋体]在[/font][font=Times New Roman]75[/font][font=宋体]μ[/font][font=Times New Roman]m[/font][font=宋体]内径的毛细管内用高电压进行分离,创立了现代毛细管电泳。[/font][font=Times New Roman]1984[/font][font=宋体]年[/font][font=Times New Roman]Terabe[/font][font=宋体]等[/font][font=Times New Roman][2][/font][font=宋体]发展了毛细管胶束电动色谱[/font][font=Times New Roman](MECC)[/font][font=宋体]。[/font][font=Times New Roman]1987[/font][font=宋体]年比[/font][font=Times New Roman]Hjerten[3][/font][font=宋体]建立了毛细管等电聚焦[/font][font=Times New Roman](CIEF)[/font][font=宋体],[/font][font=Times New Roman]Cohen[/font][font=宋体]和[/font][font=Times New Roman]Karger[4][/font][font=宋体]提出了毛细管凝胶电泳[/font][font=Times New Roman](CGF)[/font][font=宋体]。[/font][font=Times New Roman]1988[/font][font=宋体]—[/font][font=Times New Roman]1989[/font][font=宋体]年出现了第一批[/font][font=Times New Roman]CE[/font][font=宋体]商品仪器,[/font][font=Times New Roman]1989[/font][font=宋体]年第一届国际毛细管电泳会议召开,标志了一门新的分支学科的产生.短短的几年内,由于[/font][font=Times New Roman]CE[/font][font=宋体]符合了以生物工程为代表的生命科学各领域中对生物大分子[/font][font=Times New Roman]([/font][font=宋体]肽、蛋白、[/font][font=Times New Roman]DNA[/font][font=宋体]等[/font][font=Times New Roman])[/font][font=宋体]的高度分离分析的要求,得到了迅速发展,正逐步成为生命科学及其它学科实验室中一种常用的分析手段.近三年来国际毛细管电泳会议与会者均达[/font][font=Times New Roman]700[/font][font=宋体]—[/font][font=Times New Roman]800[/font][font=宋体]人,[/font][font=Times New Roman]1996[/font][font=宋体]、[/font][font=Times New Roman]1997[/font][font=宋体]两年公开发表的有关[/font][font=Times New Roman]CE[/font][font=宋体]论文达[/font][font=Times New Roman]3600[/font][font=宋体]余篇。可参见相关综述则[/font][font=Times New Roman][5-8][/font][font=宋体]。欧洲、美国国内及日本也相继召开[/font][font=Times New Roman]CE[/font][font=宋体]地区性国际会议。我国在[/font][font=Times New Roman]CE[/font][font=宋体]领域研究起步早、发展快、研究工作较全面、有的研究成果达到国际先进水平。定期召开全国[/font][font=Times New Roman]CE[/font][font=宋体]会议及亚太地区国际会议,在国际上已有一定的影响。[/font][font=Times New Roman]1984[/font][font=宋体]年中国科学院化学所竺安教授在国内率先开展[/font][font=Times New Roman]CE[/font][font=宋体]研究,迄今国内已有几百个单位开展[/font][font=Times New Roman]CE[/font][font=宋体]研究和应用.从[/font][font=Times New Roman]CE[/font][font=宋体]理论到各种模式及各方面应用,国内均在进行。[/font][font=Times New Roman]1998[/font][font=宋体]年举行的第三届全国[/font][font=Times New Roman]CE[/font][font=宋体]会议共收录论文[/font][font=Times New Roman]129[/font][font=宋体]篇,同时举行的第二届亚太国际会议也取得了成功。毛细管电色谱[/font][font=Times New Roman](CEC)[/font][font=宋体]、[/font][font=Times New Roman]CE[/font][font=宋体]/[/font][font=Times New Roman]MS[/font][font=宋体]联用、低背景毛细管梯度凝胶电泳、手性药物分离、逆流聚焦及脱氧核糖核酸[/font][font=Times New Roman](DNA)[/font][font=宋体]各种[/font][font=Times New Roman]CE[/font][font=宋体]测定方法等一批研究成果均达到国际先进水平。[/font][/color]9o*v'^]@$CGq E
[font=Times New Roman][color=#000000] [/color][/font]
[color=#000000][b][font=宋体]二、[/font][font=Times New Roman] [/font][/b][b][font=宋体]毛细管电泳基本原理[/font][/b][/color]ko6r#[;Bf uz
[color=#000000][font=Times New Roman]CE[/font][font=宋体]是以高压电场为驱动力。以毛细管为分离通道,依据样品中各组成之间淌度和分配行为上的差异,而实现分离的一类液相分离技术.仪器装置包括高压电源、毛细管、柱上检测器和供毛细管两端插入又和电源相连的两个缓冲液贮瓶,在电解质溶液中,带电粒子在电场作用下,以不同的速度向其所带电荷相反方向迁移的现象称电泳。[/font][font=Times New Roman]CE[/font][font=宋体]所用的石英毛细管在[/font][font=Times New Roman]PH[/font][font=宋体]>[/font][font=Times New Roman]3[/font][font=宋体]时,其内液面带负电,和溶液接触形成一双电层.在高电压作用下,双电层中的水合阳离子层引起溶液在毛细管内整体向负极流动,形成电渗液。带电粒子在毛细管内电解质溶液中的迁移速度等于电泳和电渗流[/font][font=Times New Roman](EOF)[/font][font=宋体]二者的矢量和。带正电荷粒子最先流出;中性粒子的电泳速度为“零”,故其迁移速度相当于[/font][font=Times New Roman]EOF[/font][font=宋体]速度;带负电荷粒子运动方向与[/font][font=Times New Roman]EOF[/font][font=宋体]方向相反,因[/font][font=Times New Roman]EOF[/font][font=宋体]速度一般大于电泳速度,故它将在中性粒子之后流出;各种粒子因迁移速度不同而实现分离,这就是毛细管区带电泳[/font][font=Times New Roman](capillary zone electrophoresis[/font][font=宋体],[/font][font=Times New Roman]CZE)[/font][font=宋体]的分离原理。[/font][font=Times New Roman]CZE[/font][font=宋体]的迁移时间[/font][font=Times New Roman]t[/font][font=宋体]可用下式表示:[/font][/color]dBN7a)~KK a
[font=Times New Roman][color=#000000] [/color][/font]
[font=Times New Roman][color=#000000][/color][/font]
[font=Times New Roman][color=#000000] [/color][/font]
[color=#000000][font=宋体]式中,μ[/font][font=Times New Roman]ep[/font][font=宋体]为电泳淌度,μ[/font][font=Times New Roman]en[/font][font=宋体]为电渗淌度,[/font][font=Times New Roman]V[/font][font=宋体]为外加电压,ι[/font][font=Times New Roman]t[/font][font=宋体]为毛细管总长度,ι[/font][font=Times New Roman]d[/font][font=宋体]为[/font][font=宋体]进样到检测器间毛纫管长度.理论塔板数[/font][font=Times New Roman]N[/font][font=宋体]为:[/font][/color]
[color=#000000][/color]
[color=#000000][font=宋体]式中,[/font][font=Times New Roman]D[/font][font=宋体]为扩散系数。分离度[/font][font=Times New Roman]R[/font][font=宋体]为[/font][/color],a)PF(xY)PS\
[color=#000000][/color]
[color=#000000][/color][color=#000000][font=宋体]式中,μ[/font][font=Times New Roman]1[/font][font=宋体],μ[/font][font=Times New Roman]2[/font][font=宋体]分别为二溶质的电泳淌度,μ[/font][font=Times New Roman]ep[/font][font=宋体]为二溶质的平均电泳淌度。[/font][/color]3B;h4RuG0{]o(Kv+e
[color=#000000][font=Times New Roman] [/font][font=宋体]从式[/font][font=Times New Roman](11.2)[/font][font=宋体]可看出,[/font][font=Times New Roman]CE[/font][font=宋体]的[/font][font=Times New Roman]N[/font][font=宋体]是和溶质的扩散系数[/font][font=Times New Roman]D[/font][font=宋体]成反比,而高效液相色谱[/font][font=Times New Roman] (HPLC)[/font][font=宋体]的[/font][font=Times New Roman]N[/font][font=宋体]和[/font][font=Times New Roman]D[/font][font=宋体]成正比,因此扩散系数小的生物大分子,[/font][font=Times New Roman]CE[/font][font=宋体]的柱效比[/font][font=Times New Roman]HPLC[/font][font=宋体]高得多。[/font][font=Times New Roman]CE[/font][font=宋体]比[/font][font=Times New Roman]HPLC[/font][font=宋体]有更高的分离能力,主要由两个因素决定:一是[/font][font=Times New Roman]CE[/font][font=宋体]在进样端和检测时均没有像[/font][font=Times New Roman]HP[/font][font=宋体]比的死体积;二是[/font][font=Times New Roman]CE[/font][font=宋体]用电渗流作推动流体前进的驱动力,整个流体呈扁平型的塞式流,使溶质区带在毛细管内不易扩散,而[/font][font=Times New Roman]HPLC[/font][font=宋体]用压力驱动使柱中流体呈抛物线型,导致溶质区带扩散,使校效下降[/font][/color]? h.Fd1J2]'{`
[color=#000000][font=Times New Roman] CE[/font][font=宋体]将经典电泳技术和现代微柱分离有机地结合,取得了比[/font][font=Times New Roman]HPLC[/font][font=宋体]和平板凝胶电泳更多的优点。概括起来可谓三高二少一广。高质量灵敏度:常用紫外检测器检测限可达[/font][font=Times New Roman]10-13[/font][font=宋体]一[/font][font=Times New Roman]10-15mol[/font][font=宋体],激光诱导荧光检测器[/font][font=Times New Roman](LIF)[/font][font=宋体]则达[/font][font=Times New Roman]10-19[/font][font=宋体]一[/font][font=Times New Roman]10-21mol[/font][font=宋体]。高分辨率:每米理论塔板数为几十万,高者可达几百万乃至几千万.高速度:许多分析可在几十秒内完成.所需样品少:只需纳升[/font][font=Times New Roman](10-9)[/font][font=宋体]的进样量。成本低:只需少量的流动相和低廉的毛细管。应用范围广;除分离生物大分子外,还可用于小分了[/font][font=Times New Roman]([/font][font=宋体]氨基酸、药物等[/font][font=Times New Roman])[/font][font=宋体]及离子[/font][font=Times New Roman]([/font][font=宋体]无机及有机离子[/font][font=Times New Roman])[/font][font=宋体].甚至可分离各种颗粒[/font][font=Times New Roman]([/font][font=宋体]如细胞、硅胶颗粒等[/font][font=Times New Roman])[/font][font=宋体]。[/font][/color]
[color=#000000][font=Times New Roman]CE[/font][font=宋体]发展迅速也得力于大批色谱工作者转向[/font][font=Times New Roman]CE[/font][font=宋体],在理论上提出了各种模型,如解释[/font][font=Times New Roman]CZE[/font][font=宋体]中区带扩展及理论塔板高度模型,热影响模型、迁移速率和分离度模型等等[/font][font=Times New Roman][9-10][/font][font=宋体]。近年来基础研究集中于解决[/font][font=Times New Roman]CE[/font][font=宋体]应用中一些关键性问题。如[/font][font=Times New Roman]EOF[/font][font=宋体]对分离、定量影响极大,故研究了测弱[/font][font=Times New Roman]EOF[/font][font=宋体]的方法,阳离于存在下的[/font][font=Times New Roman]EOF[/font][font=宋体],还有在两个中性标记物之间夹一个缓冲液塞的三明治式方法测定[/font][font=Times New Roman]EOF [11][/font][font=宋体]。[/font][font=Times New Roman]EOF[/font][font=宋体]测定将解决[/font][font=Times New Roman]CE[/font][font=宋体]定量问题。电泳淌度定量计算也在发展,如用金属阳离子的一些结构参数,定量得出结构—保留[/font][font=Times New Roman]([/font][font=宋体]电泳[/font][font=Times New Roman])[/font][font=宋体]间的关系[/font][font=Times New Roman](QSRR) [12][/font][font=宋体]及计算手性化合物淌度的软件等。特别是各种优化方法用于优化[/font][font=Times New Roman]CZE[/font][font=宋体],[/font][font=Times New Roman]MECC[/font][font=宋体],[/font][font=Times New Roman]CEC[/font][font=宋体]及手性分离的实验参数,如重叠分离谱[/font][font=Times New Roman](OBM)[/font][font=宋体]、多变量统计设计及[/font][font=Times New Roman]Plackett-Buman[/font][font=宋体]多变量实验设计[/font][font=Times New Roman][13][/font][font=宋体]等。[/font][/color]~QX2Sg
[font=Times New Roman][color=#000000] [/color][/font])a ?*b"G3Pj0Mb?6a)ud
[color=#000000][b][font=宋体]三、[/font][font=Times New Roman] [/font][/b][b][font=宋体]毛细管电泳分离模式[/font][/b][/color]!pt0aQ:d3M9^A8a
[color=#000000][font=宋体]按毛细管内分离介质和分离原理的不同,[/font][font=Times New Roman]CE[/font][font=宋体]现有六种分离模式[/font][font=Times New Roman],[/font][font=宋体]分述如后。[/font][/color]
[color=#000000][font=Times New Roman]1. [/font][font=宋体]毛细管区带电泳([/font][font=Times New Roman]CZE[/font][font=宋体])[/font][/color]
[color=#000000][font=Times New Roman] CZE[/font][font=宋体]分离机理是基于各被分离物质的净电荷与其质量比[/font][font=Times New Roman]([/font][font=宋体]荷质比[/font][font=Times New Roman])[/font][font=宋体]间的差异。迄今[/font][font=Times New Roman]CZE[/font][font=宋体]仍是应用最多的模式,应用范围包括氨基酸、肽、蛋白、离子、对映体拆分和很多其它带电物质的分离。[/font][font=Times New Roman]CZE[/font][font=宋体]常用介质为电解质水溶液,根据情况可加入不同有机溶剂或其它添加剂。还有一种非水[/font][font=Times New Roman]CE[/font][font=宋体],如在乙腈中加入嗡[/font][font=Times New Roman] [/font][font=宋体]盐[/font][font=Times New Roman](tropyltum)[/font][font=宋体]来分离多环芳烃化合物,现在发展到可不加支持电解质,直接用乙腈、甲酰胺、甲醇等作溶剂来进行非水[/font][font=Times New Roman]CE[14][/font][font=宋体]。[/font][/color]
[color=#000000][font=Times New Roman]2.[size=3] [/size][/font][font=宋体]毛细管凝胶电泳[/font][font=Times New Roman](capillary gel electrophoresis[/font][font=宋体],[/font][font=Times New Roman]CGE)[/font][/color]
[color=#000000][font=Times New Roman] CGE[/font][font=宋体]是将平板电泳的凝胶移到毛细管中作支持物进行电泳,不同体积的溶质分子在起“分子筛”作用的凝胶中得以分离。常用于蛋白质、寡聚核苷酸、核糖核酸([/font][font=Times New Roman]RNA[/font][font=宋体])、[/font][font=Times New Roman]DNA[/font][font=宋体]片段分离和测序及聚合酶链反应[/font][font=Times New Roman](PCR)[/font][font=宋体]产物分析。[/font][font=Times New Roman]CGE[/font][font=宋体]能达到[/font][font=Times New Roman]CE[/font][font=宋体]中最高的柱效。为了解决人类基因组计划的关键,即[/font][font=Times New Roman]DNA[/font][font=宋体]测序的速度,已试制出[/font][font=Times New Roman]96[/font][font=宋体]支毛细管阵列的[/font][font=Times New Roman]DNA[/font][font=宋体]测序仪,并已有[/font][font=Times New Roman]8[/font][font=宋体]支毛细管阵列的[/font][font=Times New Roman]DNA[/font][font=宋体]测序商品仪器。凝胶的制备和不同模式令人关注,最近发展出—种低背景毛细管梯度凝胶电泳[/font][font=Times New Roman][15][/font][font=宋体],在测定糖、寡聚核苷酸及人工模拟蛋白方面取得进展。还有报道采用亲和凝胶电泳来识别和鉴定基于[/font][font=Times New Roman]DNA[/font][font=宋体]药物的结合蛋白等。[/font][/color]`/K"j/F%C
[color=#000000][font=Times New Roman]3. [/font][font=宋体]毛细管胶束电动色谱[/font][font=Times New Roman](mfcellar electrokinetic capillary chromatography, MECC)[/font][/color]
[color=#000000][font=Times New Roman] [/font][font=宋体]采用表面活性剂[/font][font=Times New Roman]([/font][font=宋体]如十二烷基硫酸钠,[/font][font=Times New Roman]SDS)[/font][font=宋体]在运动缓冲液内形成一疏水内核、外部带负电的动态胶束相,利用溶质具有不同的疏水性,因而在水相和胶束相[/font][font=Times New Roman]([/font][font=宋体]准面定相[/font][font=Times New Roman])[/font][font=宋体]间分配的差异进行分离,既能分离中性溶质又能分离带电组分的[/font][font=Times New Roman]CE[/font][font=宋体]模式。[/font][font=Times New Roman]MECC[/font][font=宋体]拓宽了[/font][font=Times New Roman]CE[/font][font=宋体]的应用范围,主要用于小分子、中性化合物、手性对映体和药物等。常用表面活性剂有各种阴离子表面活性刑、阳离子表面活性剂、非离子和两性表面活性剂。也有用混合胶束,如阴离子表面活性剂和胆酸盐组合混合胶束。有报道采用脂肪醇的微乳液胶束电动色谱[/font][font=Times New Roman](MEEKC)[/font][font=宋体]有比[/font][font=Times New Roman]MECC[/font][font=宋体]更高的柱效、更快的分析速度和容易控制“窗口”[/font][font=Times New Roman] [16][/font][font=宋体]。我们也成功地用[/font][font=Times New Roman]MEEKC[/font][font=宋体]同时分离测定酸性和碱性蛋白。[/font][/color]
[color=#000000][font=Times New Roman]4. [/font][font=宋体]毛细管等电聚焦([/font][font=Times New Roman]capillary isoelelectric focusing[/font][font=宋体],[/font][font=Times New Roman]CIEF[/font][font=宋体])[/font][/color]
[color=#000000][font=Times New Roman] [/font][font=宋体]用两性电解质在毛细管内建立[/font][font=Times New Roman]pH[/font][font=宋体]梯度,使各种具有不同等电点的蛋白质在电场作[/font][/color]
[font=宋体][color=#000000]用下迁移到等电点的位置,形成窄的聚焦区带。已成功地用于测定蛋白质等电点,分离[/color][/font]
[color=#000000][font=宋体]异构体等。如用[/font][font=Times New Roman]CZE[/font][font=宋体]和[/font][font=Times New Roman]CIEF[/font][font=宋体]研究制备过程中糖蛋白不同糖基化程度引起的非均一性,[/font][/color]:N3F)i+N#b9Z
[color=#000000][font=宋体]结果表明[/font][font=Times New Roman]CIEF[/font][font=宋体]方法要比[/font][font=Times New Roman]CZE[/font][font=宋体]的好[/font][font=Times New Roman][17][/font][font=宋体]。[/font][/color]
[color=#000000][font=Times New Roman]5. [/font][font=宋体]毛细管等速电泳[/font][font=Times New Roman](capillary isotachophoresis[/font][font=宋体],[/font][font=Times New Roman]CTTP)[/font][/color]F4jQ2uqWP-C@:{
[color=#000000][font=Times New Roman] [/font][font=宋体]采用先导电解质和尾随电解质。使溶质按其电泳淌度不同得以分离,是一种较老的方式。现在常用作柱前浓缩方法用以富集样品,以解决[/font][font=Times New Roman]CE[/font][font=宋体]测定中浓度灵敏度不如服比的问题,如[/font][font=Times New Roman]HPLC[/font][font=宋体]的问题,如在线[/font][font=Times New Roman]ITP[/font][font=宋体]—[/font][font=Times New Roman]CZE[/font][font=宋体]即是成功的模式[/font][font=Times New Roman][18][/font][font=宋体]。[/font][/color]
[color=#000000][font=Times New Roman]6. [/font][font=宋体]毛细管电色谱[/font][font=Times New Roman](capillary electrochromatography[/font][font=宋体],[/font][font=Times New Roman]CEC)[/font][/color]3H/I.E2C I1g
[color=#000000][font=Times New Roman] [/font][font=宋体]将[/font][font=Times New Roman]HPLC[/font][font=宋体]中众多的固定相微粒填充到毛细管中[/font][font=Times New Roman]([/font][font=宋体]或涂渍到管壁[/font][font=Times New Roman])[/font][font=宋体]。以样品与固定相之间的相互作用为分离机制,以电渗流为流动相驱动力的色谱过程称为[/font][font=Times New Roman]CEC[19-20][/font][font=宋体]。[/font][font=Times New Roman] CEC[/font][font=宋体]将[/font][font=Times New Roman]CE[/font][font=宋体]的高效和[/font][font=Times New Roman]HPLC[/font][font=宋体]的高选择性相结合,得到了[/font][font=Times New Roman]CE[/font][font=宋体]研究者的青睐。[/font][font=Times New Roman]90[/font][font=宋体]年代初解决了毛细管填充技术后,[/font][font=Times New Roman]CEC[/font][font=宋体]发展迅速,[/font][font=Times New Roman]HPCE[/font][font=宋体]’[/font][font=Times New Roman]97[/font][font=宋体]会议上已达[/font][font=Times New Roman]35[/font][font=宋体]篇论文,[/font][font=Times New Roman]HPCE[/font][font=宋体]’[/font][font=Times New Roman]98[/font][font=宋体]又创[/font][font=Times New Roman]54[/font][font=宋体]篇之多。[/font][font=Times New Roman]CEC[/font][font=宋体]可分为开管[/font][font=Times New Roman]CEC([/font][font=宋体]即管壁涂渍固定相[/font][font=Times New Roman])[/font][font=宋体]和填充[/font][font=Times New Roman]CEC[/font][font=宋体]。我国学者在[/font][font=Times New Roman]CEC[/font][font=宋体]方面作了大量研究工作,对[/font][font=Times New Roman]CEC[/font][font=宋体]的理论、反相电色谱、正相电色谱、离子交换电色谱及电色谱手性分离等模式均作了较系统研究[/font][font=Times New Roman][21-23][/font][font=宋体],连续两年在国际[/font][font=Times New Roman]CE[/font][font=宋体]会上作大会报告,目前已在[/font][font=Times New Roman]ODS[/font][font=宋体]、硅胶、氰基、胺基、阴、阳离子交换树脂等[/font][font=Times New Roman]10[/font][font=宋体]余种填料[/font][font=Times New Roman]CEC[/font][font=宋体]柱上进行研究、开管[/font][font=Times New Roman]CEC[/font][font=宋体]也发展了一些新技术,如硅胶—溶胶法在管壁涂渍[/font][font=Times New Roman]C8[/font][font=宋体]固定相[/font][font=Times New Roman][24][/font][font=宋体],分子印刷法分离手性化合物[/font][font=Times New Roman][25][/font][font=宋体]。[/font][/color]
[color=#000000][font=Times New Roman] [/font][font=宋体]以上六种模式为[/font][font=Times New Roman]CE[/font][font=宋体]基本模式,此外如亲和、免疫毛细管电泳发展趋势亦较好。[/font][/color] [b][color=#000000][font=宋体]四、毛细管电泳柱技术[/font][/color][/b]$R,} QC;iE BF"t;Z
[color=#000000][font=宋体]毛细管是[/font][font=Times New Roman]CE[/font][font=宋体]的核心部件之一.早期研究集中在毛细管直径、长度、形状和材料方面,目前集中在管壁的改性和各种柱的制备。[/font][/color]